Решена задача проектирования крупных белков

Международная команда из Японии и США определила принципы создания крупных «идеальных» белков с нуля, открыв путь к проектированию белков с новыми биохимическими функциями. Результаты опубликованы 24 июня 2021 года в Nature Communications.

Ранее команда разработала принципы для создания небольших версий так называемых идеальных белков — структур без внутренней энергетической фрустрации.

Такие белки обычно проектируют с молекулярным элементом, называемым бета-тяжами, которые играют ключевую структурную роль. В предыдущих работах исследователи успешно создали альфа-бета белки с четырьмя бета-тяжами.

Однако оказалось, что эти спроектированные белки слишком малы для размещения функциональных участков. Чтобы это исправить, команда попыталась применить свои принципы для проектирования более крупных альфа-бета белков с пятью и шестью бета-тяжами.

Результаты оказались неожиданными. Экспериментальные структуры отличались от компьютерных моделей: белки сворачивались иначе, меняя местами внутреннее расположение своих бета-тяжей.

В ходе итераций между компьютерным дизайном и лабораторными экспериментами команда нашла причину этой «перестановки тяжей». Проблема была вызвана глобальным напряжением всей системы на уровне основной скелетной структуры (backbone). Белки могут регулировать длину и взаимное расположение тяжей по всей системе, чтобы снизить это напряжение.

Исследователи подчеркивают важность экспериментального определения структуры для итеративного улучшения компьютерного дизайна белков.

В дальнейшем команда планирует изучать компромисс между созданием более функциональных белков и их «менее идеальными» свойствами, например, за счёт включения более длинных петель, которые важны как для функции, так и для снятия глобального напряжения скелетной структуры.